本發(fā)明涉及一種智能化塑料管道的光纖光柵傳感器嵌件、植入系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程加速，城市地下管線建設(shè)發(fā)展異常迅猛，管線已成為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，是城市的“血管”和“神經(jīng)”。伴隨地下管道需求量的日益增加，我國(guó)城市也正面臨著各種地下管網(wǎng)問(wèn)題的挑戰(zhàn)：城市內(nèi)澇、道路地面塌陷、燃燒爆炸、飲水污染等一系列問(wèn)題，因此城市管道的智能化建設(shè)刻不容緩。

傳感器是實(shí)現(xiàn)裝備設(shè)施智能化的關(guān)鍵技術(shù)手段之一。光纖光柵是一種對(duì)應(yīng)變和溫度等外部環(huán)境非常敏感的傳感元件，通過(guò)光纖光柵串可實(shí)現(xiàn)單根光纖的分布式多點(diǎn)測(cè)量。此外，光纖光柵傳感器具有質(zhì)量輕、體積小、靈敏度高、耐腐蝕、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、大型土木工程結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)和智能控制等方面應(yīng)用廣泛。

要實(shí)現(xiàn)城市地下管道溫度、應(yīng)變、壓力等關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、智能數(shù)據(jù)分析，需要集成地下管網(wǎng)系統(tǒng)與光纖光柵傳感系統(tǒng)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，從而形成智能管道安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)城市管網(wǎng)的安全預(yù)警、故障診斷和自動(dòng)控制。

目前，光纖光柵傳感器的使用方式主要有表貼和內(nèi)植兩種。若將光纖光柵傳感器表貼于管道的內(nèi)表面，則管道內(nèi)流體的沖刷腐蝕很容易使傳感器發(fā)生脫粘、移位甚至折斷；若將光纖光柵傳感器表貼于管道的外表面，管道外部惡劣的施工或使役環(huán)境則容易使傳感器斷裂失活，嚴(yán)重影響傳感器的測(cè)試精度和使役壽命。因此，需要將光纖光柵傳感器內(nèi)植于管道中以確保其存活率和測(cè)試精度。然而在工業(yè)化連續(xù)擠出管材的過(guò)程中內(nèi)植光纖光柵傳感器相當(dāng)困難，在連續(xù)擠出管材中植入光纖光柵傳感器尚是智能化塑料管道的技術(shù)瓶頸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，提出了一種智能化塑料管道的光纖光柵傳感器嵌件、植入系統(tǒng)及方法，本發(fā)明能夠確保傳感器在惡劣的管道制造和使役環(huán)境下存活，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道溫度、應(yīng)變、壓力等參數(shù)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。

本發(fā)明的第一目的是提供一種智能化塑料管道的光纖光柵傳感器嵌件，本嵌件采用長(zhǎng)條狀結(jié)構(gòu)，利用增強(qiáng)纖維和基體樹(shù)脂的配合，保證光纖光柵傳感器嵌件在植入塑料管材時(shí)不會(huì)發(fā)生熔融和拉斷的情況，保證了形成智能化塑料管道的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

本發(fā)明的第二目的是提供一種智能化塑料管道的光纖光柵傳感器植入系統(tǒng)，本系統(tǒng)在塑料管材連續(xù)擠出成型的過(guò)程中采用斜向?qū)氲姆绞綄⒐饫w光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件準(zhǔn)確地埋植于管材外表面，從而把預(yù)先內(nèi)植于長(zhǎng)條狀嵌件的溫度和應(yīng)變傳感器內(nèi)埋于管材中。

本發(fā)明的第三目的是提供一種智能化塑料管道的光纖光柵傳感器植入方法，本方法具體包括光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的制備、塑料和光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的共擠出成型、內(nèi)含光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的管材熔接等重要步驟，全面而系統(tǒng)的保證了智能化塑料管道成品的質(zhì)量，有助于城市管路建設(shè)，構(gòu)建“智慧城市”。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種智能化塑料管道的光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件，包括基體樹(shù)脂、光纖光柵溫度傳感器、光纖光柵應(yīng)變傳感器和增強(qiáng)纖維，所述光纖光柵溫度傳感器、光纖光柵應(yīng)變傳感器平行并列放置，兩者均具有多個(gè)光柵單元，且光柵單元位置相對(duì)應(yīng)，共同組成一個(gè)兼具溫度和應(yīng)變監(jiān)測(cè)功能的光柵對(duì)；

所述光纖光柵溫度傳感器、光纖光柵應(yīng)變傳感器埋設(shè)于基體樹(shù)脂內(nèi)，基體樹(shù)脂內(nèi)縱向填充有增強(qiáng)纖維。

所述增強(qiáng)纖維在光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件內(nèi)均勻并列分布，用以支撐起整個(gè)光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的骨架。

進(jìn)一步的，所述光纖光柵溫度傳感器、光纖光柵應(yīng)變傳感器每根光纖可刻制多個(gè)柵區(qū)，形成分布式多點(diǎn)檢測(cè)的光纖光柵串，柵區(qū)之間的間距可根據(jù)需要自行設(shè)定。

優(yōu)選的，所述相鄰光纖光柵溫度傳感器、光纖光柵應(yīng)變傳感器之間的平行間距為0.25～2mm。

優(yōu)選的，所述光纖光柵溫度傳感器的柵區(qū)用毛細(xì)鋼管封裝，毛細(xì)鋼管兩端進(jìn)行密封。

優(yōu)選的，所述光纖光柵溫度傳感器、光纖光柵應(yīng)變傳感器的纖芯直徑為5～50μm。

優(yōu)選的，所述光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件為厚0.4～1.2mm、寬1～10mm的矩形條料，以方便進(jìn)行植入操作。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本發(fā)明的工作原理的基礎(chǔ)上將其替換為其他形狀，如圓柱狀等等，但是其目的均是起到使傳感器嵌件兼具柔性、便于纏繞和方便植入，因此，該類(lèi)改進(jìn)屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員容易想到的常規(guī)替換，理應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

所述光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的基體樹(shù)脂材料與待植入的管道材料相同，以提高光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件與管材的強(qiáng)度相容性、界面相容性和場(chǎng)分布相容性，最大限度地降低傳感器長(zhǎng)條狀嵌件對(duì)制品性能的影響，同時(shí)減小傳感器的應(yīng)變傳遞損耗，提高測(cè)試精度。

優(yōu)選的，所述光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件中增強(qiáng)纖維的熔點(diǎn)至少高出基體樹(shù)脂熔點(diǎn)60℃，以確保增強(qiáng)纖維在傳感器長(zhǎng)條狀嵌件與塑料管材共擠出成型時(shí)不會(huì)發(fā)生熔融，從而保證傳感器長(zhǎng)條狀嵌件中的光纖光柵在整個(gè)植入過(guò)程中不會(huì)發(fā)生偏移和彎折。

常用增強(qiáng)纖維種類(lèi)較多，優(yōu)選聚酯纖維、尼龍纖維和氨綸。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本發(fā)明的工作原理的基礎(chǔ)上將增強(qiáng)纖維替換為其他材質(zhì)，但是其目的均是起到使傳感器嵌件兼具剛度和柔韌性，因此，該類(lèi)改進(jìn)屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員容易想到的常規(guī)替換，理應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

優(yōu)選的，所述光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件中增強(qiáng)纖維的體積含量為30～50％，從而使傳感器長(zhǎng)條狀嵌件兼具剛度和柔韌性。若增強(qiáng)纖維含量過(guò)低，光纖光柵傳感器嵌件在拉擠成型時(shí)很容易被拉斷，嵌件的成型制造困難；反之，光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件會(huì)由于剛度太大而不易彎折，從而造成傳感器長(zhǎng)條狀嵌件在斜向?qū)霐D出模腔后貼合模腔壁面困難。

所述光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件需要用顏色標(biāo)明，以便于定位傳感器，同時(shí)提醒施工人員注意保護(hù)傳感器長(zhǎng)條狀嵌件不被破壞。需要說(shuō)明的是，傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的顏色不能和管道通用標(biāo)志顏色沖突，以便于區(qū)分。

一種光纖光柵傳感器嵌件植入系統(tǒng)，包括機(jī)筒本體，所述機(jī)筒本體內(nèi)部設(shè)置有容納腔體，所述容納腔體內(nèi)套設(shè)有旋轉(zhuǎn)推進(jìn)部件，旋轉(zhuǎn)推進(jìn)部件連接傳動(dòng)電機(jī)，所述機(jī)筒本體一側(cè)設(shè)置有擠出機(jī)頭，所述容納腔體與擠出機(jī)頭內(nèi)部的擠出模腔連通，擠出機(jī)頭的前端設(shè)置有擠出口模；

所述擠出模腔與擠出機(jī)頭上設(shè)置的向外斜向延伸的傳送通道連通，傳送通道外側(cè)設(shè)置有輸送光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的傳送件，使得其與擠出模腔內(nèi)的塑料原料一起擠出成型。通過(guò)傳動(dòng)電機(jī)提供動(dòng)力，帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)推進(jìn)部件高速旋轉(zhuǎn)攪拌容納腔體內(nèi)的塑料原料使其熔融，光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件在傳送件的導(dǎo)向作用下，經(jīng)由傳送通道被斜向傳送至擠出機(jī)頭內(nèi)部，貼近擠出模腔表面并與熔融的塑料原料一起通過(guò)擠出口模，經(jīng)冷卻定型后得到智能化塑料管材。

進(jìn)一步的，所述機(jī)筒本體上設(shè)置有原料入口，原料入口與容納腔體連通。

優(yōu)選的，所述旋轉(zhuǎn)推進(jìn)部件為螺桿。

優(yōu)選的，所述傳送件包括多對(duì)輥?zhàn)?，所述輥?zhàn)映蓪?duì)設(shè)置于傳送通道前端，依次布設(shè)，至少有一對(duì)輥?zhàn)涌拷鼣D出機(jī)頭，用以調(diào)整、定位傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的導(dǎo)入方向和角度，引導(dǎo)傳感器長(zhǎng)條狀嵌件向前運(yùn)行至傳送通道。

所述傳送通道的截面尺寸根據(jù)光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的截面尺寸設(shè)定，其寬度比傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的寬度大1～2mm，其高度比傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的厚度大0.5～1mm，從而確保傳感器長(zhǎng)條狀嵌件可以順利通過(guò)傳送通道而不會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)。

優(yōu)選的，所述傳送通道與擠出機(jī)頭軸線的夾角應(yīng)小于60°，避免光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件在斜向?qū)霐D出模腔后貼合模腔壁面時(shí)因過(guò)度彎折而斷裂。

進(jìn)一步的，光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的嵌入點(diǎn)位于擠出模腔表面并與熔融的塑料一同經(jīng)過(guò)擠出口模，形成內(nèi)植光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的塑料管材。這樣的設(shè)置保證光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件內(nèi)植于塑料管材的外表面，便于在后續(xù)的熔接操作時(shí)將其與管材本體剝離，從而分別實(shí)現(xiàn)塑料與塑料的熔接、光纖與光纖的熔接。

所述內(nèi)植光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的塑料管材的長(zhǎng)度可根據(jù)需要進(jìn)行切割，但切割位置應(yīng)避開(kāi)光纖光柵傳感器的柵區(qū)部位，與柵區(qū)保持至少10cm的距離。

一種智能化塑料管道的制備方法，包括以下步驟：

(1)制備光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件；

(2)將得到的光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件由傳送通道被斜向傳送至擠出機(jī)頭內(nèi)部，貼近擠出模腔表面并與熔融的塑料一起通過(guò)擠出口模，經(jīng)冷卻定型后即得到內(nèi)植光纖光柵傳感器的塑料管材，并根據(jù)需要進(jìn)行切割和包裝；

(3)通過(guò)內(nèi)植有光纖光柵嵌件的連接法蘭將塑料管材以及其中的光纖光柵傳感器分別熔接，完成管道的貫通以及光信號(hào)的中繼。

所述步驟(1)中，具體包括：

a)將增強(qiáng)纖維、刻?hào)磐瓿珊蟮墓饫w固定于紗架，并使其穿過(guò)導(dǎo)紗板，其中，光纖位于中間位置，增強(qiáng)纖維紗束均布于光纖四周；

b)將穿過(guò)導(dǎo)紗板的光纖和增強(qiáng)纖維進(jìn)行烘干、浸潤(rùn)液態(tài)高溫樹(shù)脂處理；

c)浸潤(rùn)液態(tài)高溫樹(shù)脂后的光纖和增強(qiáng)纖維以拉擠工藝的形式穿過(guò)成型模具，在成型的同時(shí)擠去多余的樹(shù)脂，并排除材料中的氣泡，得到一定截面形狀的光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件；

d)將得到的光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件在牽引機(jī)的拖曳作用下勻速到達(dá)收卷機(jī)，進(jìn)行收卷和包裝處理。

所述步驟(3)中，塑料管材的連接法蘭內(nèi)植了光纖光柵傳感器嵌件，法蘭的兩端有引出的光纖接頭，將法蘭兩端的傳輸光纖接頭中的光纖分別與塑料管材中內(nèi)植的光纖熔接，完成光纖延長(zhǎng)、光信號(hào)中繼。需要說(shuō)明的是，連接法蘭中內(nèi)植的傳輸光纖的數(shù)量與塑料管材中內(nèi)植的光纖光柵傳感器的數(shù)量相同，且顏色一一對(duì)應(yīng)，以確保法蘭前后熔接的是同一根光纖光柵傳感器。

進(jìn)一步的，在光纖光柵熔接之前需要將傳感器長(zhǎng)條狀嵌件從管材表面剝離出一小段，長(zhǎng)度為4～10cm。將剝離出的傳感器嵌件加熱熔融以去除光纖外層的封裝材料，露出裸纖，以便于熔接。然后將傳輸光纖熔接后的多余部分置于連接法蘭的光纖接頭孔內(nèi)，在塑料管材熔接完成后膠封光纖熔接部位，從而保護(hù)光纖光柵傳輸光路不受破壞。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明提供了一種內(nèi)植于塑料管道的光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件，該傳感器嵌件兼具剛度和柔韌性，可以在塑料管材連續(xù)擠出成型時(shí)被準(zhǔn)確可靠地埋入管材表面，避免傳感器在惡劣的工況下受損破壞，從而顯著提高傳感器的存活率和測(cè)試精度，同時(shí)便于塑料管材之間的熔接以及光纖光柵傳感器與傳輸光纖的熔接；

(2)本發(fā)明提供了一種智能化塑料管道的光纖光柵傳感器植入系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以便利的在生產(chǎn)塑料管材的同時(shí)將光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件埋植于塑料管材表面，一體化成型且便于流水線生產(chǎn)；

(3)本發(fā)明提供了一種智能化塑料管道的光纖光柵傳感器植入方法，該方法操作簡(jiǎn)單，將傳統(tǒng)的塑料管材連續(xù)擠出工藝技術(shù)與光纖通信技術(shù)相結(jié)合，制造的智能化塑料管道可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、應(yīng)變、壓力等參數(shù)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)城市管網(wǎng)的安全預(yù)警、故障診斷和自動(dòng)控制，從而有力推動(dòng)“智慧城市”建設(shè)。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。

圖1(a)為本發(fā)明光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1(b)為本發(fā)明圖1(a)的局部側(cè)視圖；

圖2為內(nèi)植光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的塑料管材的制造過(guò)程示意圖；

圖3為熔接后智能化塑料管道的整體示意圖。

其中，1為光纖光柵溫度傳感器；2為光纖光柵應(yīng)變傳感器；3為溫度光柵單元；4為應(yīng)變光柵單元；5為毛細(xì)鋼管；6為增強(qiáng)纖維；7為基體樹(shù)脂；8為擠出機(jī)傳動(dòng)電機(jī)；9為齒輪；10為塑料原料；11為螺桿；12為機(jī)筒；13為擠出機(jī)頭；14為擠出模腔；15為擠出口模；16為光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件；17為傳送輥?zhàn)樱?8為傳送通道；19為智能化塑料管材；20為連接法蘭。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說(shuō)明都是例示性的，旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說(shuō)明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“豎直”、“水平”、“側(cè)”、“底”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，只是為了便于敘述本發(fā)明各部件或元件結(jié)構(gòu)關(guān)系而確定的關(guān)系詞，并非特指本發(fā)明中任一部件或元件，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)如“固接”、“相連”、“連接”等應(yīng)做廣義理解，表示可以是固定連接，也可以是一體地連接或可拆卸連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連。對(duì)于本領(lǐng)域的相關(guān)科研或技術(shù)人員，可以根據(jù)具體情況確定上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中存在工業(yè)化連續(xù)擠出管材的過(guò)程中內(nèi)植光纖光柵傳感器相當(dāng)困難，在連續(xù)擠出管材中植入光纖光柵傳感器尚是智能化塑料管道的技術(shù)瓶頸，為了解決如上的技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N智能化塑料管道的光纖光柵傳感器植入系統(tǒng)及方法，本發(fā)明在塑料管材連續(xù)擠出成型的過(guò)程中采用斜向?qū)氲姆绞綄⒐饫w光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件準(zhǔn)確地埋植于管材外表面，從而把預(yù)先內(nèi)植于長(zhǎng)條狀嵌件的溫度和應(yīng)變傳感器內(nèi)埋于管材中，確保傳感器在惡劣的管道制造和使役環(huán)境下存活，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道溫度、應(yīng)變、壓力等參數(shù)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。

一種智能化塑料管道的光纖光柵傳感器的植入方法，具體包括光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的制備步驟、塑料和光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的共擠出成型管材步驟和內(nèi)含光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的管材熔接步驟。

其中，第一步：光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的制備步驟。

將增強(qiáng)纖維、刻?hào)磐瓿珊蟮墓饫w固定于紗架，并使其穿過(guò)導(dǎo)紗板，其中，光纖位于中間位置，增強(qiáng)纖維紗束均布于光纖四周；將上述兩種材料進(jìn)行烘干、浸潤(rùn)液態(tài)高溫樹(shù)脂處理；浸潤(rùn)液態(tài)高溫樹(shù)脂后的光纖和增強(qiáng)纖維以拉擠工藝的形式穿過(guò)成型模具，在成型的同時(shí)擠去多余的樹(shù)脂，并排除材料中的氣泡，得到一定截面形狀的光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件；將上述得到的光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件在牽引機(jī)的拖曳作用下勻速到達(dá)收卷機(jī)，進(jìn)行收卷和包裝處理。

制備成的光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件為厚0.4～1.2mm、寬1～10mm的矩形條料，包括至少一條溫度光纖光柵傳感器和一條應(yīng)變光纖光柵傳感器。溫度光纖光柵傳感器測(cè)量溫度，應(yīng)變光纖光柵傳感器檢測(cè)應(yīng)變，同一嵌件中的所有光纖光柵傳感器分別用不同的顏色標(biāo)記，以便于區(qū)分。

進(jìn)一步的，所述溫度光纖光柵傳感器和應(yīng)變光纖光柵傳感器平行并列放置，兩者的光柵單元位置相對(duì)應(yīng)，共同組成一個(gè)兼具溫度和應(yīng)變監(jiān)測(cè)功能的光柵對(duì)。此外，每根光纖可刻制多個(gè)柵區(qū)，形成分布式多點(diǎn)檢測(cè)的光纖光柵串，柵區(qū)之間的間距可根據(jù)需要自行設(shè)定。

優(yōu)選的，所述相鄰光纖光柵傳感器之間的平行間距為0.25～2mm。

優(yōu)選的，所述溫度光纖光柵的柵區(qū)用外徑0.7mm的毛細(xì)鋼管封裝，兩端用dg-4雙組份膠進(jìn)行密封。

優(yōu)選的，所述光纖光柵傳感器的纖芯直徑為5～50μm。

所述光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的基體樹(shù)脂材料與管道材料相同，以提高光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件與管材的強(qiáng)度相容性、界面相容性和場(chǎng)分布相容性，最大限度地降低傳感器長(zhǎng)條狀嵌件對(duì)制品性能的影響，同時(shí)減小傳感器的應(yīng)變傳遞損耗，提高測(cè)試精度。

優(yōu)選的，所述光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件中增強(qiáng)纖維的熔點(diǎn)至少高出基體樹(shù)脂熔點(diǎn)60℃，以確保增強(qiáng)纖維在傳感器長(zhǎng)條狀嵌件與塑料管材共擠出成型時(shí)不會(huì)發(fā)生熔融，從而保證傳感器長(zhǎng)條狀嵌件中的光纖光柵在整個(gè)植入過(guò)程中不會(huì)發(fā)生偏移和彎折。常用增強(qiáng)纖維種類(lèi)較多，優(yōu)選聚酯纖維、尼龍纖維和氨綸。

優(yōu)選的，所述光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件中增強(qiáng)纖維的體積含量為30～50％，從而使傳感器長(zhǎng)條狀嵌件兼具剛度和柔韌性。若增強(qiáng)纖維含量過(guò)低，光纖光柵傳感器嵌件在拉擠成型時(shí)很容易被拉斷，嵌件的成型制造困難；反之，光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件會(huì)由于剛度太大而不易彎折，從而造成傳感器長(zhǎng)條狀嵌件在斜向?qū)霐D出模腔后貼合模腔壁面困難。

光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件需要用特定顏色標(biāo)明，以便于定位傳感器，同時(shí)提醒施工人員注意保護(hù)傳感器長(zhǎng)條狀嵌件不被破壞。需要說(shuō)明的是，傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的顏色不能和管道通用標(biāo)志顏色沖突，以便于區(qū)分。

第二步，塑料和光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的共擠出成型管材步驟：

得到的光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件在開(kāi)卷后通過(guò)多對(duì)輥?zhàn)拥膴A持、導(dǎo)向和推送作用，經(jīng)由傳送通道被斜向傳送至擠出機(jī)頭內(nèi)部，貼近擠出模腔表面并與熔融的塑料一起通過(guò)擠出口模，經(jīng)冷卻定型后即得到內(nèi)植光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的塑料管材，并根據(jù)需要進(jìn)行切割和包裝處理。

其中，傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的夾持、推送、導(dǎo)向裝置主要由多對(duì)輥?zhàn)雍吞刂苽魉屯ǖ澜M成，第一對(duì)輥?zhàn)釉诰嚯x擠出機(jī)頭較遠(yuǎn)的位置，起到推送傳感器長(zhǎng)條狀嵌件向前運(yùn)行的作用；至少有一對(duì)輥?zhàn)涌拷鼣D出機(jī)頭，用以調(diào)整、定位傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的導(dǎo)入方向和角度；傳送通道是光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件到達(dá)擠出模腔表面的路徑，用以確定傳感器長(zhǎng)條狀嵌件在塑料熔體中的初始嵌入位置。需要說(shuō)明的是，在擠出成型時(shí)，光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的嵌入點(diǎn)位于擠出模腔表面并與熔融的塑料一同經(jīng)過(guò)擠出口模，形成內(nèi)植光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的塑料管材。此時(shí)，光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件內(nèi)植于塑料管材的外表面，便于在后續(xù)的熔接操作時(shí)將其與管材本體剝離，從而分別實(shí)現(xiàn)塑料與塑料的熔接、光纖與光纖的熔接。

內(nèi)植光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的塑料管材的長(zhǎng)度可根據(jù)需要進(jìn)行切割，但切割位置應(yīng)避開(kāi)光纖光柵傳感器的柵區(qū)部位，與柵區(qū)保持至少10cm的距離。

第三步，內(nèi)含光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的管材熔接步驟：

制備的內(nèi)植光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的塑料管材在使用時(shí)，通過(guò)連接法蘭(內(nèi)植了光纖光柵嵌件)將塑料管材以及其中的光纖光柵傳感器分別熔接，完成管道的貫通以及光信號(hào)的中繼。

塑料管材的連接法蘭內(nèi)植了光纖光柵傳感器嵌件，法蘭的兩端有引出的光纖接頭，將法蘭兩端的傳輸光纖接頭中的光纖分別與塑料管材中內(nèi)植的光纖熔接，完成光纖延長(zhǎng)、光信號(hào)中繼。需要說(shuō)明的是，連接法蘭中內(nèi)植的傳輸光纖的數(shù)量與塑料管材中內(nèi)植的光纖光柵傳感器的數(shù)量相同，且顏色一一對(duì)應(yīng)，以確保法蘭前后熔接的是同一根光纖光柵傳感器。

進(jìn)一步的，在光纖光柵熔接之前需要將傳感器長(zhǎng)條狀嵌件從管材表面剝離出一小段，長(zhǎng)度為4～10cm。將剝離出的傳感器嵌件加熱熔融以去除光纖外層的封裝材料，露出裸纖，以便于熔接。然后將傳輸光纖熔接后的多余部分置于連接法蘭的光纖接頭孔內(nèi)，在塑料管材熔接完成后膠封光纖熔接部位，從而保護(hù)光纖光柵傳輸光路不受破壞。

以下通過(guò)幾個(gè)典型實(shí)施例對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明：

實(shí)施例1：

一種智能化塑料管道在線監(jiān)測(cè)用光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件，其結(jié)構(gòu)如圖1(a)、圖1(b)所示，包括：光纖光柵溫度傳感器1、光纖光柵應(yīng)變傳感器2、增強(qiáng)纖維6(本實(shí)施例中增強(qiáng)纖維選用聚酯纖維)、基體樹(shù)脂7(本實(shí)施例中基體樹(shù)脂選用無(wú)規(guī)共聚聚丙烯)。

內(nèi)植光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的塑料管材的制造過(guò)程如圖2所示，其中，擠出機(jī)傳動(dòng)電機(jī)8提供動(dòng)力，齒輪9帶動(dòng)螺桿11高速旋轉(zhuǎn)攪拌塑料原料10(本實(shí)施例中塑料原料選用無(wú)規(guī)共聚聚丙烯)使其熔融，而光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件16在傳送輥?zhàn)?7的夾持、傳送和導(dǎo)向作用下，經(jīng)由傳送通道18被斜向傳送至擠出機(jī)頭13內(nèi)部，貼近擠出模腔14表面并與熔融的無(wú)規(guī)共聚聚丙烯10一起通過(guò)擠出口模15，經(jīng)冷卻定型后得到智能化塑料管材19。

圖3為熔接后智能化塑料管道的整體示意圖，通過(guò)連接法蘭20將智能化塑料管材19以及其中的光纖光柵傳感器分別熔接保護(hù)，完成管道的貫通以及光信號(hào)的中繼。

一種智能化塑料管道的光纖光柵傳感器植入方法，包括如下步驟：

(1)光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的制備

a)選取兩條摻入光敏性材料的光纖，通過(guò)熱擠出、涂覆、纏繞等成型工藝，使光纖外周形成一定厚度、不同顏色的熱塑性塑料保護(hù)層。

b)將上述制備的光纖每隔3m剝?nèi)ラL(zhǎng)10mm的光纖保護(hù)層，形成多個(gè)光纖裸露區(qū)，并在每個(gè)光纖裸露區(qū)刻制不同中心波長(zhǎng)的光柵，形成多個(gè)光纖光柵傳感器單元。

c)選取步驟b)中一條刻?hào)磐瓿傻墓饫w，將其上刻制的所有柵區(qū)封裝在毛細(xì)鋼管5中，且保證柵區(qū)在管中處于自由狀態(tài)，封裝所用毛細(xì)鋼管5外徑為0.7mm，壁厚0.2mm，兩端用dg-4雙組份膠進(jìn)行密封，常溫放置24小時(shí)使其完全固化，形成光纖光柵溫度傳感器1；另外一條光纖的柵區(qū)未套毛細(xì)鋼管5，作為光纖光柵應(yīng)變傳感器2。

d)將光纖光柵溫度傳感器1、光纖光柵應(yīng)變傳感器2、聚酯纖維6固定于紗架，并使其穿過(guò)導(dǎo)紗板，其中，光纖光柵溫度傳感器1和光纖光柵應(yīng)變傳感器2位于中間位置，聚酯纖維6均布于光纖光柵傳感器的四周，調(diào)節(jié)張力，防止纖維下垂、纏繞。

e)上述兩種材料通過(guò)干燥設(shè)備進(jìn)行除濕處理后，進(jìn)入膠槽浸潤(rùn)液態(tài)高溫的無(wú)規(guī)共聚聚丙烯7。

f)浸潤(rùn)無(wú)規(guī)共聚聚丙烯7后的光纖光柵溫度傳感器1、光纖光柵應(yīng)變傳感器2和聚酯纖維6以拉擠工藝的形式穿過(guò)成型模具，得到1mm厚、1.5mm寬的光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件16。

g)光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件16在牽引機(jī)的拖曳作用下勻速到達(dá)收卷機(jī)，進(jìn)行收卷和包裝處理。

(2)內(nèi)植光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件的塑料管材的制備

a)打開(kāi)擠出機(jī)傳動(dòng)電機(jī)8，由齒輪9帶動(dòng)螺桿11轉(zhuǎn)動(dòng)。

b)將顆粒狀的無(wú)規(guī)共聚聚丙烯10加入到擠出機(jī)的機(jī)筒12中，擠出機(jī)機(jī)筒12外有加熱器，通過(guò)熱傳導(dǎo)將加熱器產(chǎn)生的熱量傳給機(jī)筒12內(nèi)的無(wú)規(guī)共聚聚丙烯10，使溫度逐漸上升。

c)隨著螺桿11的轉(zhuǎn)動(dòng)，無(wú)規(guī)共聚聚丙烯10不斷向前輸送，并在輸送過(guò)程中與螺桿11、機(jī)筒12之間相互碰撞摩擦，產(chǎn)生大量的熱，與熱傳導(dǎo)共同作用使加入的無(wú)規(guī)共聚聚丙烯10不斷熔融，熔融的無(wú)規(guī)共聚聚丙烯10被連續(xù)、穩(wěn)定地輸送至擠出機(jī)頭13中。

d)將步驟(1)中制備的光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件16開(kāi)卷，開(kāi)卷后的光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件16通過(guò)傳送輥?zhàn)拥膴A持、導(dǎo)向和推送作用，經(jīng)由傳送通道18被斜向傳送至擠出機(jī)頭13內(nèi)部，貼近擠出模腔14表面并與熔融的無(wú)規(guī)共聚聚丙烯10一起通過(guò)擠出口模15，經(jīng)冷卻定型后得到智能化塑料管材19。

e)在牽引裝置的作用下，智能化塑料管材19連續(xù)前進(jìn)，到達(dá)切割裝置后進(jìn)行切割和包裝處理，以便儲(chǔ)存和運(yùn)輸。

(3)智能化塑料管材的熔接

a)首先，將光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件16從智能化塑料管材19的表面剝離出一小段，長(zhǎng)度為5cm，并將剝離出的傳感器嵌件加熱熔融以去除光纖外層的封裝材料，露出裸纖。

b)連接法蘭20的兩端分別有兩條引出的光纖接頭，光纖接頭中傳輸光纖的顏色與光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件16中的光纖光柵溫度傳感器1和光纖光柵應(yīng)變傳感器2一一對(duì)應(yīng)，采用光纖熔接機(jī)將對(duì)應(yīng)的傳輸光纖接頭中的光纖與塑料管材中內(nèi)植的光纖熔接，然后將傳輸光纖熔接后的多余部分置于連接法蘭20的光纖接頭孔內(nèi)，并膠封光纖熔接部位。

c)加熱智能化塑料管材19的管口位置并將其嵌入到連接法蘭20內(nèi)，與另一端嵌入的智能化塑料管材熔接，完成管道的貫通、光纖的延長(zhǎng)和光信號(hào)的中繼。

d)在管道完全貫通后，從管道中引出傳輸光纖，與外部的傳輸光纜熔接，并將光纜接頭連接光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)塑料管道溫度和應(yīng)變的在線監(jiān)測(cè)。

實(shí)施例2：

與實(shí)施例1的不同之處在于，光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件中的增強(qiáng)纖維選用尼龍纖維，傳感器長(zhǎng)條狀嵌件中的基體樹(shù)脂和管材原料選用聚氯乙烯。

實(shí)施例3：

與實(shí)施例1的不同之處在于，光纖光柵傳感器長(zhǎng)條狀嵌件中的增強(qiáng)纖維選用氨綸，傳感器長(zhǎng)條狀嵌件中的基體樹(shù)脂和管材原料選用聚乙烯。

以上所述僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本申請(qǐng)，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以?xún)?nèi)。